A próxima geração de baterias para veículos elétricos, com maior alcance e maior segurança, poderá estar surgindo na forma de lítio metálico, estado sólido tecnologia.
Mas as principais questões sobre esta fonte de alimentação promissora precisam ser respondidas antes que ela possa passar do laboratório para as instalações de fabricação, de acordo com pesquisadores da Universidade de Michigan. E com os esforços para levar os veículos elétricos a uma parte maior da população, dizem eles, essas perguntas precisam ser respondidas rapidamente.
Jeff Sakamoto e Neil Dasgupta, professores associados de engenharia mecânica da UM, têm liderado os pesquisadores em baterias de estado sólido de metal de lítio na última década. Em um artigo de perspectiva no diário Joule, Sakamoto e Dasgupta traçam as principais questões que a tecnologia enfrenta. Para desenvolver as perguntas, eles trabalharam em estreita colaboração com líderes da indústria automobilística.
As principais montadoras estão apostando em veículos elétricos este ano, com muitos anunciando planos para eliminar os carros com motor de combustão interna nos próximos anos. As baterias de íon-lítio habilitaram os primeiros EVs e continuam sendo a fonte de alimentação mais comum para os modelos mais recentes saindo das linhas de montagem.
Essas baterias de íon-lítio estão se aproximando de seu desempenho máximo em termos de alcance EV com uma única carga. E eles vêm com a necessidade de um sistema de gerenciamento de bateria pesado e volumoso - sem o qual há o risco de incêndios a bordo. Ao utilizar metal de lítio para o ânodo da bateria junto com uma cerâmica para o eletrólito, os pesquisadores demonstraram o potencial de dobrar a faixa EV para baterias do mesmo tamanho, reduzindo drasticamente o potencial de incêndios.
“Um enorme progresso no avanço das baterias de estado sólido de metal de lítio foi feito na última década”, disse Sakamoto. “No entanto, vários desafios permanecem no caminho para a comercialização da tecnologia, especialmente para EVs.”
As perguntas que precisam ser respondidas para capitalizar esse potencial incluem:
- Como podemos produzir cerâmicas, que são quebradiças, nas folhas maciças e finas como papel que as baterias de metal de lítio exigem? O uso de cerâmicas por baterias de metal de lítio, que requerem energia para aquecê-las a mais de 2,000 graus Fahrenheit durante a fabricação, compensa seus benefícios ambientais em veículos elétricos?
- A cerâmica e o processo de fabricação podem ser adaptados para dar conta de defeitos, como rachaduras, de forma que não obriguem os fabricantes de baterias e montadoras a reformular drasticamente suas operações?
- Uma bateria de estado sólido de metal de lítio não requer o sistema de gerenciamento de bateria pesado e volumoso que as baterias de íon de lítio precisam para manter a durabilidade e reduzir o risco de incêndio. Como a redução em massa e volume do sistema de gerenciamento de bateria - ou sua remoção completa - afetará o desempenho e a durabilidade em uma bateria de estado sólido?
- O metal de lítio precisa estar em contato constante com o eletrólito de cerâmica, o que significa que hardware adicional é necessário para aplicar pressão para manter o contato. O que o hardware adicionado significará para o desempenho da bateria?
Sakamoto, que tem sua própria startup focada em lítio baterias de estado sólido de metal, diz que a tecnologia está tendo um momento agora. Mas o entusiasmo que impulsiona o momento, diz ele, não deve ultrapassar a si mesmo.
O artigo é intitulado, “Transição de baterias de estado sólido do laboratório para o mercado: vinculando a mecânica eletroquímica a considerações práticas”.